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基于功能性电刺激无支撑站立姿态控制环的设计和研究
研究的目的在于实现功能性电刺激中瘫痪患者功能性站立的仿真.通过对人体站立姿态进行动力学分析,利用优控制理论,以脚部受地面作用力点到踝关节的距离及控制力矩取极小值为优控制准则,建立并优化被控制模型,设计优控制器;以一参考输入为随机曲线的比例微分控制器模拟截瘫患者完好上身的活动,利用优控制器和卡尔曼状态观测器,构建整个控制系统;以一名身高162 cm、体重55 kg的中国青年男性为样本,利用线性二元回归法计算仿真所需数据,对整个控制系统进行仿真研究.仿真结果表明,截瘫患者腿部肌肉只需要提供较小的力矩便可以维持身体平衡,因而在理论上截瘫患者在不需要双臂辅助的条件下,能够站立较长时间.
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躯干运动和负重时对足底支撑面侧向横移的姿势控制
目的:本研究假设自主运动命令和姿势控制信号间有冲突,因此设计在附加重物和不同自主任务的同时给予足底一个模拟受滑的干扰(横移)来观察姿势变化并分析其是否受冲突命令或者力学参数的影响.方法:受试者在执行各种不同的自主任务时,随机给予足底支撑面一个左侧或右侧的横移干扰.这些不同的自主任务包括不负重静止站立、静止站立单手负重5kg、负重5kg站立并躯干静止侧屈15°、负重5kg动态地提重物和放重物5项任务.测量和分析下列参数:中心压力的侧位移(COP)、躯干和股部在冠状面上的角位移和腹内压(IAP).结果:干扰离开质量(向右)、始反应超射的幅度、达到终平衡的时间和达到平衡前COP位移的次数都增加,这种情况可以看作是为了再获得平衡的姿势反应效率降低,因此,如果质量的重力效果能对抗干扰,则再获得平衡的反应效率甚至可以被增进.结论:提重和负重是危害姿势反应效率的因素,因为提重和负重改变了重力效果,加大了对躯干的干扰.在动态条件下躯干的运动不是被横移干扰增强就是被横移干扰抵消,并没有显著地影响改变终平衡位置姿势校正的效应.因此附加任务的同时给一个支持面上的横移干扰,姿势控制的效应可以被抵消.这个减低的效应可以引起脊柱周围结构的负荷增加和增加受伤的危险性.但是,在恰当地放置负重的位置时,反而可以增进躯干控制和协助恢复姿势平衡.
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视觉反馈人体姿态镇定作用的布朗运动模型分析
目的 探究视觉反馈对人体静止直立姿态的镇定作用及其发生机制.方法 考察12名青年志愿者在直立(对照)状态和直立并视觉反馈状态下足底压力中心( center of pressure,COP)的变化.利用布朗运动模型对比两种状态下COP轨迹的扩散系数、Hurst指数及临界点特性变化,并通过单因素重复测量方差分析检验其差异显著性.结果 视觉反馈状态下:长期区间上,Hurst指数减小约1/2,扩散系数减小约2/3；短期区间上,Hurst指数与左右方向扩散系数均无显著变化；临界点均方位移仅在前后方向显著增大,时间间隔变化不显著.结论 视觉反馈增强了人体姿态闭环控制,但对开环控制及开、闭环控制机制的切换特性影响不大；视觉反馈对人体姿态控制的作用表现出方向差异,前后方向上的视觉反馈作用比左右方向更为明显.
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姿态控制系统联合姿态可控智能胶囊内镜应用于胃部检查的初步研究
目的 初步探讨姿态控制系统联合姿态可控智能胶囊内镜在胃部检查中的应用价值.方法 15例患者行胶囊内镜胃部检查,评价驱动器控制下胶囊内镜在胃腔内移动及改变姿态的操控性,并对胶囊内镜观察胃腔内各部位及十二指肠球部、降部等部位病变的实际情况、图像质量以及患者对胶囊内镜检查的顺应性进行评估.结果 14例(93.3％)完成胃腔内各个部位观察；余1例胶囊内镜吞服5 min后排至十二指肠未能往复检查胃底及胃体.检查时间5～ 30 min,平均(23.7±6.5)min;检出浅表性胃炎10例,浅表性胃炎伴胆汁反流1例,十二指肠球部溃疡1例,余3例未见明显异常.术中胶囊内镜图像清晰,仅有极少量图像受到胃肠蠕动的影响,整个检查过程中所有患者顺应性良好,未出现任何明显不适症状,胶囊内镜均于术后第2天或第3天排出体外.结论 姿态控制系统联合姿态可控智能胶囊内镜进行胃部检查是可行的,具有较好的临床应用价值.
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捷联系统控制算法研究
本文介绍了捷联系统中坐标系的建立及其姿态控制的数学模型.通过四元数和初始条件及其数学模型可以求得刚体在运动过程中的姿态和各个运动状态参数.
